В тихий и теплый летний день 1948 года на Мурманской биологической станции в губе Дельнезеленцовой Баренцева моря произошел случай, о котором и теперь помнят старейшие сотрудники.
В этот день на станцию прибыл новый завхоз, впервые оказавшийся на море. Тем же рейсом поступило различное оборудование, среди которого были четыре ванны. Использовать их предполагалось не по прямому назначению, а в аквариальной для содержания подопытных морских животных, поэтому сливные отверстия в них забили пробками (о стеклянных аквариумах тогда и не мечтали).
Распорядившись сгрузить ванны на прибрежную гальку, завхоз пошел в административное здание. Погода в тот день стояла солнечная, с берега дул тихий и ровный южный ветерок. На выходе из губы посреди пролива стояла на якоре лодка, с которой, низко склонившись над бортом и держа конец крепкой суровой нити, намотанной на палец, станционный сторож ловил треску.
Случайно взглянув в сторону станции, он увидел, как прямо на него развернутым строем идут четыре белые ванны. Береговой ветерок гнал их к выходу в открытое море.
Рыбаку пришлось спешно выбирать пеньковую веревку с большим камнем-«якорем» и спасать ванны: на выходе из пролива ходила изрядная зыбь, а глубина там метров семьдесят – утонут ванны, так уж не достанешь. Что же с ними произошло?
Именно то, что и должно было произойти. Начался прилив, и вода поднялась настолько, что ванны всплыли, их подхватил береговой ветер и погнал в море.
Вода в океане никогда не стоит на одном уровне, она регулярно то прибывает, заливая берег, то уходит, обнажая морское дно, по которому можно ходить как посуху. С приходом и уходом воды резко меняется весь пейзаж.
На Белом море эти изменения разительны. В прилив волны плещутся у самой кромки соснового бора, из воды не выступает ни один камень, а причаленные лодки пляшут на волне вдалеке от берега.
В отлив же, чтобы добраться до воды и застрявших между камнями завалившихся на бок лодок, нужно пройти несколько десятков метров по скользким, покрытым водорослями валунам. В тех местах, где берег пологий, море в отлив уходит очень далеко, иногда за пределы видимого горизонта.
Это природное явление было замечено очень давно. В V веке до нашей эры о нем уже писал древнегреческий историк Геродот. Долгое время причины, вызывающие приливы, оставались непонятными. В древности их объясняли дыханием живущего в море божества Океана.
Высказывались и другие фантастические предположения о природе приливов. Даже такой ученый, как И. Кеплер (1571 — 1630), установивший законы движения планет в солнечной системе, считал, что Земля (как и все прочие небесные тела) — живое существо, а люди и звери, подобно паразитическим насекомым, находят себе пищу, поселившись на коже этого крупного животного. И. Кеплер рассматривал приливы и отливы как следствие дыхания планеты.
Конечно, подобные фантастические и наивные теории не способны объяснить всю сложность механизма приливов. Дело в том, что величина приливов постоянно меняется.
Размах колебаний, то есть разница между нижним и верхним стоянием воды, в течение нескольких дней постепенно нарастает, а затем начинает уменьшаться. Иногда этот размах становится необыкновенно большим.
Достойно всяческого удивления, что на эту особенность приливов ученые долгое время не обращали внимания. Между тем уже в весьма отдаленные времена простые жители приморских земель не только знали об особенностях приливов, но и связывали их с положением Луны.
Древние финикийцы – лучшие мореплаватели античного мира – были убеждены, что три движения моря управляются Луной: одно из них можно наблюдать ежедневно, второе – ежемесячно, третье – ежегодно.
На островах Самоа еще задолго до прихода туда европейцев жители заранее очень точно высчитывали время приливов, руководствуясь положением и фазами Луны.
На коралловых рифах у берегов Самоа в огромном количестве живут морские черви палоло — излюбленное лакомство самоанцев. Дважды в год (в октябре и ноябре) черви покидают риф и всплывают к поверхности моря, где их и ловят.
Каждый раз палоло «приходит» среди ночи во время прилива на шестые сутки после полнолуния и лотом еще две ночи подряд. На Самоа не было календаря, не велось летосчисления, но наблюдательные самоанцы к долгожданной ночи запасали сети и корзины и никогда не ошибались в сроках лова.
Из европейских ученых первым обратил внимание на связь приливов с движением Луны философ Р. Декарт (1596 — 1650). Он подметил, что время наступления приливов связано с положением нашего естественного спутника над горизонтом, а амплитуда зависит от фазы Луны.
Связь между Луной и приливами он установил, а вот правильно объяснить ее не смог. Согласно теории Декарта Луна, проходя по небосводу, давит на воздух, окружающий Землю, а воздух, в свою очередь, давит на воду, заставляя ее понижаться.
Чтобы объяснить причину возникновения приливов, обратимся к открытому И. Ньютоном закону всемирного тяготения. Закон этот формулируется так: «Любые два тела (материальные точки) притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними».
В соответствии с этим законом Земля и Луна взаимно притягиваются друг к другу. Земное притяжение удерживает нашего спутника на орбите – в противном случае он умчался бы в мировое пространство. Луна, в свою очередь, оказывает своим притяжением влияние на Землю.
Приливы – одно из следствий лунного тяготения. Наша планета не точка, а шар диаметром (в плоскости экватора) 12 756 километров. Поэтому гравитационные силы Луны воздействуют на Землю неравномерно.
В точке, для которой Луна находится в зените, лунное притяжение больше, чем в центре Земли, а в центре больше, чем на противоположном конце земного диаметра, для которого Луна находится в надире. Разница потенциалов лунного тяготения пропорциональна разнице квадратов расстояний от Луны до ближайшего к ней и до наиболее удаленного концов диаметра Земли.
Геосфера Земли представляет собой монолит, и гравитационные силы Луны воздействуют на нее как на единое целое. Вода, заполняющая Мировой океан, способна перемещаться. Под влиянием лунного тяготения частицы воды, находящиеся ближе к Луне, приближаются к ней с большим ускорением, чем центр Земли. Поэтому они вытягиваются в направлении к Луне, образуя на поверхности океана водяной бугор.
В точке океана, которая находится на противоположной по отношению к Луне стороне, гравитационное поле Луны имеет самый низкий потенциал. Здесь частицы воды приближаются к Луне с наименьшим ускорением. Поэтому вода океана в этом месте как бы отстает от геосферы, вытягиваясь бугром, направленным в сторону от Луны.
Таким образом, в Мировом океане наблюдается сразу две точки с наиболее высоким уровнем воды. Расположены они на линии, проходящей через центры Луны и Земли, и находятся на противоположных концах земного диаметра. Нетрудно понять, что самый низкий уровень воды можно наблюдать на середине расстояния между точками наивысшего прилива.
Чтобы яснее представить себе сложные взаимоотношения между Луной и Землей с ее Мировым океаном, достаточно себе представить так называемый «идеальный» случай — Земля имеет форму правильного шара, вся поверхность которого покрыта водой.
На такой моментальной «фотографии» поверхность нашей планеты имеет форму водяного эллипсоида, внутри которого находится плотный шар.
Благодаря суточному вращению Земли вершины водного эллипсоида постоянно перемещаются. Если установить на дне океана мерную линейку — футшток, можно проследить за изменением уровня воды.
Начнем наблюдение в полную воду. Вскоре мы заметим, что поверхность океана начинает опускаться.
Через 6 часов футшток покажет самый низкий уровень воды, после чего начнется ее прилив, который также будет продолжаться 6 часов, пока не достигнет наивысшей точки. Следующий прилив наступит через 24 часа после начала измерений.
За это время футшток зарегистрирует два наивысших и два самых низких уровня стояния воды, разделенных промежутками в 6 часов. В реальных условиях такой цикл довольно значительно отклоняется от нашего «идеального» случая и продолжается не 24 часа, а на 50 минут дольше. Это зависит от того, что Луна вращается вокруг Земли.
За те 24 часа, когда футшток проходит в суточном движении Земли полную окружность, Луна успевает продвинуться по небосводу примерно на 13 градусов. Вслед за ней и вершина водного эллипса отклонится на такой же угол. Чтобы «догнать» ее, футштоку как раз и понадобится 50 минут.
По этой причине происходит постоянное смещение приливов относительно времени суток. Если вчера полная вода была в полдень, то сегодня дневной прилив придется на 12 часов 50 минут, а завтра уже на 13 часов 40 минут.
В «идеальном» случае время наивысшего стояния воды должно соответствовать самому высокому положению Луны над горизонтом, однако приливные течения «не поспевают» за Луной. Им мешают такие серьезные препятствия, как материки и острова, а также неровности дна, поэтому приливная волна следует за Луной на некотором расстоянии, различном для каждого места морского побережья. Иногда эта разница составляет несколько часов. Таким образом, причина приливов в море получает свое убедительное объяснение и заключается в действии лунного притяжения.
Стало быть, если бы не было Луны, не было бы и приливов?
Ничего подобного, приливы все равно были бы, хотя и меньшие по величине. Нельзя забывать, что Солнце также притягивает земной шар. Вследствие огромного расстояния приливы, вызываемые Солнцем, примерно в 2,2 раза слабее лунных.
Сами по себе они не наблюдаются, так как маскируются более мощными лунными приливами. Но на величину приливов Солнце оказывает значительное влияние. Когда Солнце и Луна располагаются на одной линии (это бывает в новолуние и в полнолуние), действие притяжения обоих светил складывается.
В этот период наблюдаются сильные приливы и соответственно более низкие стояния воды в часы между приливами.
Во время первой и последней четвертей лунных фаз сила притяжения Солнца вычитается из силы притяжения Луны. В результате уменьшается прилив в сторону Луны.
В эти дни разница между уровнями воды в прилив и в отлив менее значительна. Дважды в течение лунного месяца наблюдаются высокие (сизигийные) и дважды низкие (квадратурные) приливы.
Не следует думать, что во время сизигиев вода в одной и той же местности всегда достигает одинакового уровня. На практике все оказывается гораздо сложнее. Луна, как известно, движется вокруг Земли не по кругу, а по эллипсу, то приближаясь к Земле, то удаляясь от нее. Разница в расстоянии между ее перигеем и апогеем составляет величину более 42 тысяч километров.
Понятно, что совпадение сизигия с нахождением Луны в перигее вызовет наиболее высокую приливную волну. По эллипсу движется и Земля вокруг Солнца, которое также при приближении Земли вызывает более сильные приливы. Изредка все эти условия совпадают. Тогда приливы (а соответственно и отливы) достигают наибольшей величины.
Характер приливов в разных частях Мирового океана неодинаков.
Иногда дневные приливы больше следующих за ними ночных. Иногда в силу ряда причин в течение суток наблюдается лишь один прилив и один отлив. Различна и амплитуда приливной волны.
Для практической деятельности человека, в частности для судовождения, очень важно наперед знать уровень воды в любое время суток и в любом месте. Для этого публикуют специальные таблицы приливов. Первые такие таблицы были составлены в 1870 году английским ученым У. Кельвином.
Величина и характер приливов в различных частях побережья Мирового океана зависят от конфигурации берегов, угла наклона морского дна и от ряда других причин. Наиболее типично они проявляются на открытом побережье океана. Проникновение приливных волн во внутренние моря затруднено, и потому амплитуда приливов в них невелика.
Узкие мелководные Датские проливы надежно заслоняют от приливов Балтийское море. Теоретические расчеты показывают, что амплитуда колебания высоты уровня воды в Балтике равна приблизительно 10 сантиметрам, но увидеть эти приливы практически невозможно, так как они полностью стираются колебаниями уровня воды под влиянием ветра или изменениями атмосферного давления.
Знаменитые наводнения в Санкт-Петербурге не имеют никакого отношения к приливам. Они вызываются проходящими циклонами, причем уровень воды в восточной части Финского залива и в Неве поднимается иногда на 4—4,5 метра выше ординара.
Еще более надежно защищены от приливной волны наши южные моря — Черное и Азовское, сообщающиеся с водами Мирового океана через ряд узких проливов, и внутренние Эгейское и Средиземное моря. Если разница в уровне воды во время прилива и отлива на атлантическом берегу Испании вблизи Гибралтара достигала 3 метров, то в Средиземном море у самого пролива она равна лишь 1,3 метра.
В остальных частях моря приливы еще менее значительны и обычно не превышают 0,5 метра. В Эгейском море и проливах Босфор и Дарданеллы приливная волна еще сильнее затухает.
Поэтому в Черном море колебания уровня воды под влиянием приливов менее 10 сантиметров. В Азовском море, соединенном с Черным лишь узким Керченским проливом, амплитуда приливов близка к нулю.
По этой же причине очень невелики приливы и в Японском море – здесь они едва достигают 0,5 метра.
Если во внутренних морях величина приливов по сравнению с открытым побережьем океана уменьшена, то в заливах и бухтах, имеющих с океаном широкое сообщение, она возрастает. В такие заливы приливная волна входит свободно. Водные массы устремляются вперед, но, стесненные суживающимися берегами и не находя выхода, поднимаются вверх и заливают сушу на значительную высоту.
У входа в Белое море, в так называемой Воронке, приливы почти такие же, как и на побережье Баренцева моря, то есть равны 4—5 метрам. На мысе Канин Нос они даже не превышают 3 метров. Однако, входя в постепенно суживающуюся Воронку Белого моря, приливная волна становится все выше и в Мезенском заливе достигает уже десятиметровой высоты (в сизигий).
Еще более значителен подъем уровня воды в самой северной части Охотского моря. Так, у входа в залив Шелихова уровень моря в прилив поднимается до 4—5 метров, в кутовой же (наиболее удаленной от моря) части залива возрастает до 9,5 метра, а в Пенжинской губе достигает почти 13 метров!
Очень велики приливы в Ла-Манше. На английском его побережье в маленьком заливе Лайм вода в сизигий поднимается до 14,4 метра, а на французском, у городка Гранвиль, даже на 15 метров.
Предельных величин приливы достигают на некоторых участках атлантического побережья Канады. В проливе Фробишера (он находится у входа в Гудзонов пролив) – 15,6 метра, а в заливе Фанди (вблизи границы США) – целых 18 метров.
Характер приливов в очень большой степени зависит от угла наклона морского дна. Стоя на крутом берегу, трудно уследить за подъемом или спадом уровня моря. Предположим, что в месте, где проводятся такие наблюдения, величина приливов равна 3 метрам. Таким образом, в среднем уровень воды будет изменяться на 8 миллиметров в минуту.
Правда, скорость нарастания прилива неравномерна. Вначале, пока вода стоит около нижнего уровня, она поднимается очень медленно, затем прилив начинает постепенно нарастать. Наибольшей силы он достигает «вполводы».
После этого нарастание становится все медленнее и затухает совершенно, когда вода достигает своей верхней границы. Такова же динамика и отлива.
Наблюдателю, стоящему на крутом берегу в прилив, ничто не угрожает: по мере подъема воды он будет медленно подниматься вверх по скале или россыпи камней. Совсем иной будет картина прилива на широком пляже, обнажающемся при отливе на многие километры.
С наступлением прилива необходимо быстро уходить в сторону берега. Здесь уровень воды изменяется не постепенно, а очень быстро и сопровождается иногда высокой крутой приливной волной, которая стремительно несется по отмели, сметая все на своем пути. И горе тому, кто зазевается на таком пляже во время прилива, – ему угрожает серьезная опасность.
Но не только новички забывают о коварстве приливов. Как-то мой знакомый, уже довольно искушенный мореход, приехал на остров, расположенный в зоне высоких приливов, чтобы провести одно наблюдение. Подтянув повыше на берег лодку, он отправился по своим делам. Увлекшись работой, совсем забыл о приливе и лодке, которую тем временем унесло. Вот и стал он «робинзоном» на долгие часы. Пришлось ждать, пока товарищи не хватились и не стали его искать.
Кстати, так пропадает очень много всяких вещей, оставленных беспечными людьми в заливаемой зоне!
Не следует забывать и об отливах, о времени спада воды. Причалишь к берегу в полную воду, а через час тяжелая лодка оказывается уже на мели, как говорят, уже «обсохла». Теперь, чтобы вернуться на базу, нужно ждать следующего прилива, то есть полсуток.
Каждый, кто когда-то читал описание гибели корабля на рифах и отмелях, хорошо представляет себе картину этой трагедии. Судьба последних часов их жизни поразительно сходна.
Судно, попавшее на отмель, внезапно становится беспомощным. Начинающийся отлив усугубляет сложность его положения; оно кренится и наконец валится на борт.
При этом, как правило, в корпусе появляются пробоины, сквозь которые с наступлением прилива вода начинает заливать внутренние помещения, а волны довершают разрушение корабля.
Несчастье может произойти и необязательно при шторме или из-за ошибки штурмана, направившего судно на риф, а в порту в тихую погоду.
Вот как описана гибель голландского теплохода «Биерум». Катастрофа произошла прямо у причала порта Харлинген (Голландия). «В день аварии команда оставила судно в порту пришвартованным к берегу, а сама отправилась по домам. В порту Харлинген наблюдаются периодические приливы, которые значительно повышают уровень воды (до 1,6 метра). В таких случаях следует обращать особое внимание на швартовку. Однако «Биерум» был оставлен без всякого надзора…
…Во время очередного прилива, по мере подъема уровня воды у причала, швартовы, которыми «Биерум» крепился к пристани, натянулись как струны, что привело к созданию опасного крена на левый борт. В какой-то момент на накрененном судне произошло смещение незакрепленных грузов и топлива. «Биерум» потерял остойчивость и лег на борт». Так из-за пренебрежения к силам приливов в тихую погоду в закрытой гавани утонуло судно.
Иногда влияние морских приливов видно и на реках. Более тяжелая соленая вода по дну речного русла, подобно клину, стремительно движется против течения. Столкновение двух встречных потоков, морского и речного, вызывает образование крутого вала, получившего название бора.
В реке Цаньтанцзян, впадающей в Восточно-Китайское море к югу от Шанхая, бор достигает высоты 7—8 метров, а крутизна волны равняется 70 градусам. Эта страшная водяная стена со скоростью 15—16 километров в час проносится вверх по реке, размывая берега и грозя потопить любое судно, вовремя не укрывшееся в спокойном затоне. На протяжении многих столетий китайцы приходили к берегам реки, чтобы полюбоваться этим грозным явлением, и даже устраивали здесь особые праздничные торжества, хотя радоваться было нечему – бор приносил много бед.
Попытка умилостивить гигантскую волну, построив на берегу башню «Успокоение моря», успеха, естественно, не имела. Только в конце прошлого века, когда в устье Цаньтанцзяна соорудили систему дамб, вторжение приливной волны в реку было приостановлено.
Мощным бором славится и величайшая река Южной Америки – Амазонка. Там волна высотой 5—6 метров распространяется вверх по реке на 3 тысячи километров от океана. Небольшой по высоте бор наблюдается и у нас в реках, впадающих в Мезенский залив Белого моря.
Прежде приливно-отливные течения приводили лишь к разрушениям или создавали известные неудобства. Изучив их природу, человек начал подчинять себе и эту пока еще почти необузданную силу.
Вы можете обратить внимание на крупные заголовки в газетах от 29 декабря 1968 года: «Приливы служат человеку», «Кислогубская ПЭС дала ток».
В этот день вступила в строй первая в СССР приливная электростанция (ПЭС). Сила морского прилива завертела турбину. Проектная мощность этой ПЭС всего 800 киловатт.
Но у таких станций большое будущее. В отличие от речных они не будут оказывать такого сильного влияния на окружающую среду, не будут затоплены поля и лесные угодья, рыбы смогут продолжать размножаться, питаться и передвигаться, как и прежде.
Еще недавно строительство приливной электростанции казалось фантастикой, теперь у фантастики размах пошире. Вот один из проектов использования приливов на благо человеку. Во время прилива холодные воды Охотского моря через пролив Невельского устремляются в Японское море и способствуют его охлаждению. В отлив же теплые воды Японского моря поступают в Охотское.
Приливное перемещение водных масс имеет глобальное значение. Течения, вызванные притяжением Луны и Солнца, встречают на своем пути сопротивление материков, островов и морского дна. В результате трения постепенно замедляется вращение нашей планеты вокруг своей оси. Правда, абсолютная величина замедления на первый взгляд совсем незначительна.
Расчеты показали, что в начале нынешней эры сутки были короче всего лишь на 0,035 секунды.
О замедлении вращения нашей планеты свидетельствуют и палеонтологические исследования. Английский ученый Д. Уэллс, изучая вымершие девонские кораллы, обнаружил на их скелетах как суточные, так и годовые кольца нарастания.
Оказалось, что в среднем девоне, то есть около 380 миллионов лет назад, наша Земля за год успевала повернуться вокруг своей оси 400 раз. Именно такое количество суточных колец нарастания в год имеется у каждого ископаемого коралла. Так как согласно астрономической теории устойчивости планетных движений продолжительность времени года остается практически неизменной, длина суток 380 миллионов лет назад была равна всего 21 часу 42 минутам.
Таким образом, приливы выполняют роль своеобразного тормоза. Если расчеты верны, земные сутки со временем увеличатся и станут по продолжительности равны лунному месяцу. Тогда наша Земля будет постоянно обращена одной стороной к Луне, как это уже произошло с Луной по отношению к Земле.
Водные бугры прекратят свой бег, и приливы перестанут существовать. Правда, это сильно идеализированная картина. На самом деле за счет солнечных приливов Земля стремится повернуться одной стороной также и к Солнцу. Пессимистическая перспектива будущности приливов не остановила смелого начинания трех молодых людей, работавших в англо-американской организации по изучению моря.
Путешествуя на яхте по Тихому океану, они обнаружили в нескольких сотнях километров к югу от архипелагов Фиджи и Тонга небольшой коралловый риф, не обозначенный ни на одной карте.
Главная прелесть находки заключалась в том, что дважды в сутки во время отлива риф обнажался и становился островом.
Предприимчивые путешественники незамедлительно решили воспользоваться этим обстоятельством и провозгласили на рифе свободную и независимую республику Минерва. Так как новое государство дважды в сутки скрывалось под водой, его первый (и последний!) президент Моррис Девис предложил надстроить риф, используя в качестве материала песок и обломки кораллов.
Планы превращения рифа в свайный «город будущего» были неожиданно нарушены вмешательством Тубоу IV, нынешнего правителя королевства Тонга, который заявил, что риф исконная территория (а дважды в сутки акватория) Тонга.
Он отказался признать республику Минерва в качестве суверенного государства и послал туда военный катер. Всем трем гражданам новоиспеченной страны пришлось срочно покинуть облюбованный риф.
Разработчик:Территория SlavSSoft